無鉛化焊錫面臨全球變暖對策新考驗（4）：期待導電性黏合劑的進步

存在難題的Sn-Zn類焊錫 
   　　首先，作為第①項措施中的低溫焊接材料，會使人想到最初JEITA計劃中定位為第二代無鉛焊錫的Sn-Zn類等低溫焊錫。Sn-Zn類焊錫的熔融溫度比較低，僅為＋198℃左右，而且使用鋅（Zn）這種廉價材料，因此，在典型的無鉛焊錫組成中，具有成本最低這一優點（圖5b）。難怪最初人們將其視為無鉛焊錫的“最佳選擇”。

 　　但是，Sn-Zn類焊錫的附著性較差，而且鋅是一種容易在空氣中氧化的金屬，因此很難任意使用，未能推廣。以前NEC曾將其全面用於個人電腦，但“從2006年中期起，除部分機型外，都改成了Sn-Ag-Cu類焊錫”（該公司）注5）。

 注5）NEC就該原因表示，“電子零件的耐熱性提高了”。不過，據筆者推測，改為成本較高的Sn-Ag-Cu類焊錫的原因還在於應用等方面存在一些問題。 

　　雖然存在問題，但這種材料仍然具有吸引力，所以日本的產官學一直在聯合改進Sn-Zn類焊錫，探討其應用技術。這些努力也取得了一定成果，目前“一部分封裝已經具備使用該材料的條件”（多位業界人士）。不過，要擴大其用途，還存在必須解決的難題。這就是使用Sn-Zn類焊錫封裝積層陶瓷電容器時，在濕度較高等特定條件下，絕緣電阻（IR）會劣化（圖8）。雖然JEITA設立了解決這一難題的工作組，試圖查明其原因，“得出的結論是，很難在目前的工業水準上解決”注6），由此可見解決該問題的難度。

 注6）並不是所有的積層陶瓷電容器都會發生這種問題，會發生和不會發生的電容器均存在。“積層陶瓷電容器就像需要大量生產的設備產業一樣。需要進行大規模投資，所以目前的現狀是，即使電容器發生問題，也不可能立即修改性能指標”（多位業界相關人士）。 
期待導電性黏合劑的進步 
   　　第①項措施中的低溫焊接材料的候選項不僅限于Sn-Zn類等低溫焊錫。導電性黏合劑也是候選技術之一 注7）。這種黏合劑的耐熱性很高，可在＋300℃左右的高溫條件下保持黏合性能，因此多用於車載設備等。該黏合劑還具有可在＋150℃左右低溫下完成封裝的特點。因此，作為可對固體攝影元件及液晶面板等非耐高溫部件進行高密度封裝的接合技術而備受期待 注3）。某大型電機廠商的封裝部門表示，“此前，我們只設立了焊錫技術研發小組，最近還成立了致力於導電性黏合劑等新型接合方式的研發小組”。很多開發似乎都在悄然進行之中。 
   注7）從嚴格意義上來說，要闡述節能化，還必須考慮接合材料不同造成的封裝時間差異，但此處僅以封裝溫度差異為重點介紹了候選技術。 
 
  Q圖9　兼具焊錫接合特性的導電性黏合劑松下電工開發出了通過焊錫之類的金屬熔接實現導通的導電性黏合劑（a）。首先，金屬在液體環氧樹脂中熔融，形成金屬接合結構。然後，原來呈液體狀態的環氧樹脂逐漸硬化。封裝溫度為150℃。兼具類似于焊錫的電氣特性，以及可在低溫下完成封裝的導電性黏合劑的特點。原來的導電性黏合劑通過與環氧樹脂中含有的銀填料接觸實現導通（b）。此次不使用銀填料，因此無需擔心原來的導電性黏合劑所存在的問題——銀離子遷移。可通過一次加熱，實現金屬熔接以及黏合劑環氧樹脂的硬化（c）。（圖：本刊根據松田電工的資料繪製）                     
  　　一般情況下，導電性黏合劑是起導電作用的金屬（一般為銀填料）和起固定作用的環氧樹脂混合後形成的。其材料構成可實現低溫封裝並具有高耐熱性，但同時也存在難以作為通用接合技術得到廣泛應用的問題。比如，由於含銀，除了價格昂貴之外，還存在銀離子遷移（Ion Migration）造成的短路以及鍍銀和鍍錫反應造成的噴鍍界面腐蝕等問題。雖然人們一直在嘗試解決這些問題，但“目前仍難以作為焊錫的替代技術”（多位業界人士）。                         
        不過，導電性黏合劑“與金屬材料的焊錫不同，在研發過程中，其性能很可能會得到大幅提高”（某電子廠商技術人員）。最近，概念上與原來不同的導電性黏合劑開始問世。比如，松下電工開發的黏合劑便是其中之一。與原來通過接觸銀填料實現導通的導電性黏合劑不同，在環氧樹脂中，金屬可像焊錫一樣熔接而實現導通（圖9）。其特點是“可發揮較高的黏合性、出色的電氣可靠性及熱傳導性”（該公司）注8）。由於不使用銀，還具有成本低於普通導電性黏合劑的優點。

         注8）松下電工並未公開環氧樹脂中的金屬種類。08年1月宣佈開發出該技術之後，“前來洽談的廠商非常多”（該公司）。目前，正在聽取用戶的要求，“不久以後就會”達到實用水準（同社）。

         ~首先從降低設備功耗做起

  　　可實現焊接程序節能化的另一方法是②改進包括設備等在內的外延技術。通過在其他方面節能減排，可抵銷熔融溫度上升造成的能耗增加部分。其中，估計不久以後便可實現的是焊接設備的低功耗化。有意實現焊接設備節能化的廠商紛紛開始關注設備的低功耗化，目前，千住金屬工業及田村製作所等設備廠商都在開發低功耗型設備。“詳情還不便公開，因為用戶提出了要求，所以目前正在致力於低功耗型設備的開發”（千住金屬工業）。在設備廠商中，索尼“目前正在考慮引進節能型焊接設備”（索尼公關中心）。 　　除了降低焊接設備的功耗之外，其他措施還包括減少焊接點等從設計上加以改進。如果能率先改進第②項措施中的外延技術，等到以後使用第①項措施中的低溫接合材料時，便可進一步實現節能。